Virtuelle Welt, realer Nutzen

Die Technik der virtuellen Realität macht gewaltige Fortschritte. Mit ihr lässt sich nicht nur in eine Fantasiewelt reisen – sie kann auch den Unterricht bereichern und die Produktentwicklung beschleunigen.

Vorabdruck aus der ZHAW-Impact Ausgabe Nr. 39 vom Dezember 2017

Mit Haut und Haar in eine andere Welt eintauchen – dieser Traum ist wohl so alt wie die Menschheit. Während man dazu früher die Augen schliessen und die Fantasie walten lassen musste, gibt es heute eine andere Möglichkeit: die virtuelle Realität. Wer sie erleben will, braucht nur eine entsprechende Hightech-Brille aufzusetzen und das zugehörige Steuergerät in die Hand zu nehmen.

«Die Wirkung ist überwältigend», sagt Peter Hug, Dozent für Produktenwicklung und Industriedesign an der School of Engineering der ZHAW. Sein Kollege Reto Knaack, Dozent für Numerische Mathematik und Wissenschaftliches Rechnen, pflichtet ihm bei: «Es ist viel mehr als 3D – man ist wirklich mittendrin.» Hug und Knaack untersuchen mit weiteren Dozierenden in gemeinsamen Projekten, wie sich Virtual Reality (VR) in Lehre, Forschung und Entwicklung sinnvoll einsetzen lässt. Sie berichten übereinstimmend, sie hätten noch nie erlebt, dass jemand nicht begeistert gewesen sei, der sich zum ersten Mal eine VR-Brille aufgesetzt habe. «Im Vorfeld ist die Skepsis oft recht hoch – im Sinne von: wieder mal ein neues Spielzeug», sagt Knaack. «Aber dann folgt bei fast allen ein richtiger Wow-Effekt.»

Verzögerungseffekte beseitigt

Die virtuelle Welt, die der Proband erlebt, existiert dabei nur im Computer. Dieser berechnet in jedem Augenblick ein aktuelles Bild und übermittelt es an die VR-Brille. Der derzeitige VR-Boom rührt daher, dass die Hardware immer leistungsstärker und günstiger und die verfügbaren Programme immer besser werden. So hat man etwa die Verzögerungseffekte überwunden, die früher bei vielen Menschen unter der VR-Brille Übelkeit verursachten: Drehte man den Kopf zu rasch, so hinkte der Computer beim Berechnen des neuen Bildes hinterher. Die zeitliche Differenz zwischen dem, was man sieht, und dem, was man fühlt, kann krank machen wie eine unruhige Fahrt übers Meer. «Mit der neusten Ausrüstung gibt es das praktisch nicht mehr», sagt Hug. «Höchstens dann, wenn man virtuell Ski oder Achterbahn fährt.»

Doch auch das moderne Equipment ist weit davon entfernt, perfekt zu sein. «Was Bild und Ton betrifft, so wirkt die virtuelle Welt sehr real», so Knaack. «Viel schwieriger nachzubilden sind hingegen physikalische Eigenschaften wie das Gewicht eines Gegenstandes oder wie es sich anfühlt, dessen Oberfläche zu berühren.» Entsprechend liegen bereits existierende Anwendungen von VR in Bereichen vor, wo das Visuelle wichtig ist. Bauherren können zum Beispiel ein geplantes Haus virtuell besichtigen und verändern, lange bevor die Bagger auffahren. Autohändler führen Modelle vor, die sie nicht an Lager haben. Und Reisebüros zeigen ihren Kunden eine Auswahl von Hotels und Stränden, damit sie sich vor dem Entscheid ein realistisches Bild machen können.

Virtual Reality kann wichtige Aspekte der Realität abbilden, aber nicht ersetzen. «Natürlich kann ein Chirurg eine Operation virtuell üben», sagt Knaack. «Aber was im Virtuellen ein einfacher Schnitt ist, kann in Realität mit unerwartetem Widerstand des Gewebes verbunden sein.» Solche Probleme lassen sich heute und wohl auch zukünftig nicht rein virtuell nachbilden.

Ein Pilot-Projekt der ZHAW School of Engineering testet den Einsatz von Virtual Reality im Unterricht.

Virtuelles Industriedesign

In der Produktentwicklung hingegen gibt es berechtigte Hoffnungen, dass mit der virtuellen Realität die Entwicklung beschleunigt und verbessert werden kann. Hug nennt Beispiele: «Wie sieht es in einem Zugwaggon aus? Fühle ich mich beengt, kann man im Gang kreuzen? Oder die Bedienung einer Maschine: Kann ich jenen Hebel erreichen, ist das Layout logisch?» Solche Fragen lassen sich virtuell viel schneller klären, als wenn man das entsprechende Design jedes Mal erst real aufbauen muss.

Pionierarbeit leisten die ZHAW-Forschenden in einem Bereich, in den die virtuelle Realität bisher noch kaum vorgedrungen ist: in der Lehre. Bereits haben drei Absolventen in ihrer Bachelorarbeit ein virtuelles Sitzungszimmer entworfen. Die Sitzungsteilnehmer, die sich an beliebigen Orten auf der Welt befinden können, werden per VR-Brille in einen Raum transferiert. Dort können sie miteinander reden, auf Flipcharts schreiben oder Präsentationen machen.  

In einem Lehrprojekt der School of Engineering wird das Sitzungszimmer derzeit zu einem virtuellen Vorlesungssaal entwickelt. In ihm können Studierende von zu Hause aus an einer Hochschulveranstaltung teilnehmen. Hug nennt weitere Vorteile: «Zwei Zuhörer können auf einem separaten Kanal miteinander schwatzen, ohne dass es die anderen stört. Und vielleicht getraut man sich auch eher aufzustrecken, wenn man bloss virtuell dabei ist.»

Die ZHAW-Spezialisten hoffen zudem, künftig auch Experimente virtuell durchführen zu können. Dies wäre einfacher, billiger und sicherer. Knaack dämpft allerdings die Erwartungen etwas: «Die Technik steckt noch in den Kinderschuhen, und es gibt kaum vorgefertigte Programme in diesem Bereich. Wenn man selber programmiert, ist der Aufwand schnell sehr gross. Der Vorteil ist natürlich, dass man einen Versuch beliebig oft verwenden kann, wenn er einmal programmiert ist.» Zurzeit seien virtuelle Experimente aber höchstens als Vorbereitung, nicht aber als Ersatz für reale geeignet. 

«Das Potenzial von VR im Unterricht ist gross, aber es fehlt uns noch die Erfahrung.»

Reto Knaack

ZHAW-Studierende, die mit der virtuellen Realität in Berührung kommen, sind von deren Möglichkeiten durchwegs begeistert. Man kann sich gut vorstellen, dass auch jüngere Schülerinnen und Schüler motivierter wären, wenn sie im Geschichtsunterricht das antike Rom virtuell besichtigen könnten. «Das Potenzial von VR im Unterricht ist gross», meint Knaack. «Aber es fehlt uns noch die Erfahrung.» Schliesslich bringe ein neues Medium nur dann einen wirklichen Mehrwert, wenn es nicht nur die Motivation, sondern auch die Leistung der Studierenden messbar steigere.

Den generellen Einwand, mit der neuen Technologie würden Fiktion und Wahrheit vermischt, wollen die beiden ZHAW-Dozenten nicht gelten lassen. Es sei falsch, physische und virtuelle Realität als Gegensätze aufzufassen, sagt Hug. «Vielmehr sind sie bloss die Eckpfeiler eines Spektrums, das wir heute mit Mixed Reality bezeichnen.» Zu dieser neuen gemischten Realität gehört etwa, sich Bilder aus der Echtwelt einblenden zu lassen, während man sich im Virtuellen bewegt. Oder umgekehrt die reale Welt mit virtuellen Informationen anzureichern.

Die Welt noch wahrer machen

Gerade dies kann überaus nützlich sein. So sind Anwendungen möglich, die zum Beispiel Arbeitern bei der Demontage eines Atomkraftwerkes mit Farbe markieren, welche Zonen radioaktiv kontaminiert sind. Und im Lehrprojekt wollen sich Aviatik-Studierende in einem virtuellen Flugzeugsimulator die aktuellen Luftströmungen anzeigen lassen. «Hier kann keine Rede mehr sein davon, dass einem die virtuelle Realität etwas vorgaukle, das nicht existiert», sagt Hug. «In diesem Fall hilft sie vielmehr, durch die Visualisierung von sonst unsichtbaren physikalischen Effekten die wahre Welt noch wahrer zu machen.»

Lesen Sie die aktuelle Ausgabe

Der Text ist ein Vorabdruck aus der neuen Ausgabe des Hochschulmagazins ZHAW-Impact, die am Mittwoch, 29. November 2017, erscheint. Das Dossier-Thema lautet «Wahrheiten».

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